Fachwörter-Lexikon
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Reduktionsmittel
Stoffe, die Elektronen abgeben, andere Stoffe dadurch reduzieren und dabei selbst oxidiert werden. Beispiele hierfür sind die Elemente der I- bis III-Hauptgruppen im Periodensystem, wie beispielsweise Natrium (Na), Kalium (K), Magnesium (Mg), Aluminium (Al). Das Reduktionsmittel ist dabei der Elektronendonator.
Thermische Spritzschichten
Durch thermisches Spritzen lassen sich dicke und besonders harte Beschichtungen auf nahezu jedem beliebigen Grundwerkstoff herstellen. Als Schichtwerkstoff kommen alle Materialien in Betracht, die bevorzugt in Form von Pulver verfügbar sind. Grundgedanke beim thermischen Spritzen ist, einen Werkstoff in einem Gasstrom zu erhitzen oder aufzuschmelzen und in diesem Zustand auf eine Werkstückoberfläche mittels kinetischer Energie zu fixieren. Da der Zustand der aufzutragenden Partikel zähflüssig oder teigig ist, bleiben diese auf der Oberfläche haften und führen im günstigen Fall zu einer mechanischen Verzahnung. Das Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Auftragsgeschwindigkeit (je nach Fläche einig 10 µm bis 100 µm pro Minute) und eine gute Haftung auf dem Grundmaterial aus. Das Auftragen von Metallen wurde bereits vor mehr als 100 Jahren in Form des sogenannten Schoopens (Auftrag von Zink) entwickelt. Heute werden bevorzugt harte Schichten mittels der verschiedenen Varianten des thermisches Spritzens hergestellte. Dabei kommen vor allem harte und sehr beständige Metalloxide, -nitride und -carbide zum Einsatz, die in Dicken von deutlich mehr als 100 µm mit keinem anderen Verfahren aufgetragen werden können.
Aufbau zum thermischen Spritzen / Bildquelle: OTTI
Spritzschicht / Bildquelle: B. Rüther
Die Schichten sind durch eine mehr oder weniger starke Porenstruktur gekennzeichnet. Diese können unter Umständen als Reservoir für Schmiermittel dienen, wodurch beispielsweise die Verwendung als Gleit- und Reibschicht profitiert. Dichtere Schichten von Aluminiumoxid, Titannitrid und -carbid, Chromoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid oder Zirkonoxid, um nur einige wenige der verwendeten Verbindungen zu nennen, stellen sowohl eine guten Korrosions- als auch Verschleißschutz dar. Für das Aufheizen und Beschleunigen der Partikel zwischen Spritzdüse und Werkstückoberflächen stehen verschiedene Möglichkeiten zur Auswahl wie Brenngas oder Plasmaheizung; die Benennung der Verfahren richtet sich in der Regel nach der Art der Erhitzung beziehungsweise nach der Art der Zufuhr des verspritzten Materials: beispielsweise Flammspritzen, Kaltgasspritzen, Plasmaspritzen, Lichtbogenspritzen, Drahtspritzen, Mehrdrahtlichtbogenspritzen mit Fülldrähten, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen. Die Auswahl der Verfahren richtet sich nach den zu erzielenden Eigenschaften der Schichten beziehungsweise den zu verarbeitenden Stoffen. Am einfachsten realisierbar ist die Beschichtung von rotationssymmetrischen Werkstücken, wobei mit Hilfe von Abdeckungen auch partielle Beschichtungen möglich sind. Das Kaltgasspritzen erlaubt auch die Beschichtung von temperaturempfindlichen Kunststoffen.
Lichtbogengespritzte Schicht auf Kunststoff / Bildquelle: S. Grund
Mechanical Plating
Die Beschichtungstechnologie Mechanical Plating wurde vor etwa 60 Jahren in den USA entwickelt, konnte sich bisher allerdings in Europa nur in geringem Umfang durchsetzen. Der große Vorteil des Verfahrens, bei dem feine metallische Partikel aus Zink, Zinn und Aluminium oder Mischungen daraus, durch Wälzen in Trommeln aufgebracht werden, liegt darin, dass bei dem Prozess kein Wasserstoff aus elektrochemischen Reaktionen entsteht. Damit ist das Verfahren für die Beschichtung von hochfesten Stählen, bei denen die Gefahr der Wasserstoffversprödung absolut vermieden werden muss, ideal.
Beim mechanischen Platieren werden die Metallpartikel durch vorhandene Trägerkörper – beispielsweise Glaskugeln – auf den zu beschichtenden Werkstoff aufgedrückt und kalt verschweißt. Die Dicke der Schicht ist vor allem durch die Dauer des Beschichtungsvorganges und der Menge des Metallpulvers gegeben. Voraussetzung für den Aufbau der Schicht ist die gute Zugänglichkeit mit einer mechanischen Reibung von Metallpartikel und Trägerkörper an der Oberfläche des Substrats. Bisher war hierdurch der Einsatz auf wenige geometrisch günstige Bauformen beschränkt. Teile mit Bohrungen oder Vertiefungen ließen sich bisher nicht mit der erforderlichen Qualität beschichten.
Beschichtete Verbindungsteile / Bildquelle: Ruhl & Co
Weiterentwicklungen bei den Pulvern, deren Mischung sowie den Trägerkörper und vor allen Dingen eine verbesserte Anlagentechnologie unter Einsatz von speziellen Steuerungs- und Kontrollprozessen machen es möglich, dass auch Bohrungen mit einem Durchmesser im Millimeterbereich und einer Tiefe von etwa 10 Millimetern eine gleichmäßig dicke und vor allem gleichmäßig dichte Schicht aufweisen. Damit kann die Technologie für einen weiten Bereich, beispielsweise an komplexen und hochfesten Verbindungselementen, ausgeweitet werden. Damit kann höchste Prozesssicherheit gewährleistet werden, was sich an einer weitreichenden Einführung zur Beschichtung von hochfesten Verbindungsteilen für die Automobilindustrie zeigt.
Verbesserung des Schichtaufbaus durch neue Verfahrenstechnik / Bildquelle: Ruhl & Co